نگاهي دقيق‌تر به مفهوم حيات و موجود زنده

بنابر دلايلي، طي ۱۰۰ سال گذشته ارائه‌ي يك تعريف مشخص براي حيات، به اشكال پيچيده‌تري تبديل شده است. تا قرن ۱۹ ميلادي، يكي از ايده‌هاي رايج اين بود كه حيات به‌لطف چيزي غيرقابل درك به نام روح امكان‌پذير مي‌شود كه به آن جرقه‌ي حيات نيز مي‌گويند. اين ايده در حال حاضر در محافل علمي، منسوخ شده است و از آن زمان تا كنون، سعي دانشمندان بر اين بوده كه اين توضيح را با روشي علمي جايگزين كنند. به‌عنوان مثال، ناسا مي‌گويد هر سيستم شيميايي پايداري كه قادر به تكامل دارويني باشد، يك سيستم زنده است. اين تعريفي است كه ناسا براي چيزهاي زنده يا به‌طور كلي، حيات ارائه مي‌دهد.

براي آن‌كه درك بهتري از دشواري‌هاي ارائه‌ي يك توضيح جامع در مورد حيات داشته باشيم، بياييد با تعدادي از دانشمنداني كه روي مرزهايي كه چيزهاي زنده را از هر چيز ديگري جدا مي‌كنند در حال كار هستند، آشنا شويم.

با روش MRS GREN آشنايي داريد؟ اين در واقع يك روش مختصر براي يادگيري ۷ فرآيندي است كه تقريباً حيات را توصيف مي‌كنند. اين ۷ فرآيند عبارتند از:

• حرف M ابتداي Movement به معناي حركت: تمام چيزهاي زنده حركت مي‌كنند؛ حتي گياهان.
• حرف R ابتداي Respiration به معناي تنفس: طي تنفس ياخته‌اي، سلول‌ها از غذا انرژي دريافت مي‌كنند.
• حرف S ابتداي Sensitivity به معناي حواس: تشخيص تغييراتي كه در اطراف به وقوع مي‌پيوندند.
• حرف G ابتداي Growth به معناي رشد: تمام چيزهاي زنده رشد مي‌كنند.
• حرف R ابتداي Reproduction به معناي توليد مثل: چيزهاي زنده‌ي بيشتري از يك گونه ايجاد مي‌شود.
• حرف E ابتداي Excretion به معناي دفع: مواد زايد و غير ضروري توسط موجودات زنده دفع مي‌شود.
• حرف N ابتداي Nutrition به معناي تغذيه: موجودات زنده از غذا استفاده مي‌كنند.

اگر يك پديده‌ي خاص كه در مورد آن نمي‌دانيم داراي اين ۷ ويژگي باشد، مي‌توان گفت كه آن چيز خاص، زنده است. اگرچه اين براي شروع كار خوب است؛ اما به هيچ وجه يك تعريف مشخص ارائه نمي‌دهد. چيزهاي زيادي هستند كه اين ۷ ويژگي را دارند اما ما آن‌ها را به‌عنوان موارد زنده نمي‌شناسيم. به‌عنوان مثال، برخي كريستال‌ها هستند كه اين ويژگي‌ها را دارند يا گونه‌اي خاص از پروتئين بيماري‌زا به نام پريون وجود دارد كه تاشونده بوده و اين ويژگي‌ها را دارد؛ اما زنده نيست يا حتي برخي از برنامه‌هاي كامپيوتري هستند كه ويژگي‌هاي MRS GREN را دارند و اين در حالي است كه در دسته‌ي مواد زنده قرار نمي‌گيرند.

پاتريك فورتر، ميكروبيولوژيست شاغل در انستيتو پاستور در پاريس فرانسه، مي‌گويد:

يكي ديگر از مواردي كه روش MRS GREN‌ را به چالش مي‌كشد، ويروس‌ها هستند. ويروس‌ها سلول نيستند، سوخت‌وساز ندارند و تا زماني كه با سلول زنده برخوردي نداشته باشند، كاملاً بي‌اثر هستند؛ بنابراين بسياري از دانشمندان و مردم، بر اين باور هستند كه ويروس‌ها زنده نيستند.

اما پاتريك فورتر به شكل متفاوتي فكر مي‌كند. وي بر اين باور است كه ويروس‌ها زنده هستند؛ اما در عين حال مي‌گويد اين گفته، به اين بستگي دارد كه شما مرز بين موجودات زنده و غير زنده را كجا بدانيد. ويروس‌ها تقريباً فاقد تمام شروطي هستند كه باعث مي‌شوند در دسته‌ي موجودات زنده قرار بگيرند. آن‌ها فرآيندي را طي مي‌كنند كه در DNA‌ يا RNA آن‌ها كدگذاري شده است. اين نقشه‌ي دقيق براي حيات، تقريباً در تمام پديده‌هاي زنده‌اي كه روي اين سياره هستند، ديده مي‌شود و در آن‌ها وجود دارد؛ پس اين يعني ويروس‌ها نيز مي‌توانند تكثير شوند و تكامل يابند؛ البته تنها هنگامي اين اتفاق مي‌افتد كه ويروس‌ها با سلول زنده برخورد داشته باشند و آن را تخريب كنند.

حقيقتي كه ما در مورد ويروس‌ها مي‌دانيم اين است كه آن‌ها همچون ساير موجودات زنده، DNA و RNA دارند كه همين باعث شده است برخي از دانشمندان بگويند كه ويروس‌ها احتمالاً به درخت حيات ما تعلق دارند. برخي ديگر نيز پا را فراتر مي‌گذارند و مي‌گويند كه ممكن است ويروس‌ها سرنخ‌هايي در خود داشته باشند كه به ما در فهم اين موضوع كه حيات چگونه آغاز شد، كمك مي‌كنند. اگر اين ادعا صحيح باشد، بايد گفت كه حيات در روزهاي ابتدايي، بيشتر شبيه يك موجود ناچيز بوده كه روي مرز بودن و نبودن (اندكي زنده و اندكي مرده) قرار داشته است.

برخي از دانشمندان اين ايده را پذيرفته‌اند. آن‌ها ويروس‌ها را به‌عنوان موجوداتي كه روي مرز بين شيمي و حيات هستند، توصيف مي‌كنند.

جفري بادا از انستيتو اقيانوس‌شناسي اسكريپس در سن ديگو كاليفرنيا، مي‌گويد حيات به شكلي كه ما آن را مي‌شناسيم، بر پايه‌ي پليمرهاي كربني است. عملاً تمام تنوع حيات از اين پليمرها كه همان اسيد نوكلئيك‌ها (پايه‌هاي تشكيل دهنده‌ي DNA)، پروتئين‌ها و پلي‌ساكاريدها هستند، ساخته شده است. جفري بادا از دانش‌آموزان استنلي ميلر (شيمي‌دان مشهوري كه آزمايش ميلر-يوري را در دهه‌ي ۵۰ ميلادي انجام داد) است. ميلر-يوري، يكي از نخستين آزمايش‌هايي بود كه به مطالعه ايده‌اي كه بيان مي‌كرد حيات پيچيده ناشي از مواد شيميايي غير زنده است، پرداخت.

پاسخ جفري بادا به اين پرسش بسيار جالب است:

تكثير نامناسب مولكول‌هاي اطلاعاتي، منشأ حيات و تكامل را مشخص مي‌كند و انتقالات از شيمي غير زنده به مواد شيميايي زنده را نشان مي‌دهد. آغاز تكثير شدن، به خصوص زماني كه اين تكثير دچار نواقصي بود و با خطاهايي مواجه مي‌شد، به ايجاد گونه‌اي مشابه (فرزند) با سطوح مختلف توانايي منجر شد. اين مولكول زاده شده، آن‌گاه مي‌توانست براي بقاي خود با سايرين به رقابت بپردازد. اين تكامل دارويني در مقياس مولكولي است.

براي بسياري از شيمي‌دانان اين توليد مثل (فرآيندي كه ويروس‌ها مي‌توانند آن را به كمك سلول‌هاي زيستي انجام دهند) در توصيف حيات مي‌تواند كمك شاياني كند. واقعيت اين است كه تكثير فعالانه مولكول‌هاي اطلاعاتي DNA و RNA نشان مي‌دهد كه آن‌ها از ويژگي‌هاي اساسي حيات نيز هستند.

اما بياييد از خانه‌ي خود و چهار ديواري آن بيرون آمده و كمي بزرگ‌تر فكر كنيم. توصيف حيات با اين مواد شيميايي خاص، زماني كه بزرگ فكر مي‌كنيد با شكست مواجه مي‌شود. حيات به شكلي كه ما آن را مي‌شناسيم ممكن است به RNA و DNA كاملاً وابسته باشد؛ اما در مورد گونه‌اي از حيات كه آن را نمي‌شناسيم بايد چه بگوييم؟

پيش‌بيني كردن ماهيت حيات فرازميني يك تجارت كاملاً گمراه كننده بوده و بر پايه حدس و گمان است و حيله و تزوير در آن ديده مي‌شود. بسياري از پژوهشگران، مانند چارلز كاكِل و همكارانش از مركز اختر زيست‌شناسي دانشگاه ادينبورگ، به نيابت از حيات فرازميني از ميكروارگانيسم‌هايي كه توانايي زنده ماندن در محيط‌هاي خشن را دارند، استفاده مي‌كنند. دليل كار آن‌ها اين است كه حيات در هر كجاي جهان در شرايط مختلفي ممكن است ساكن شود؛ اما احتمالاً همچنان يكسري ويژگي‌هاي كليدي حيات را همان‌طوري كه در زمين مي‌شناسيم، در خود دارد.

چارلز كاكِل مي‌گويد:

ما بايد همواره اين آمادگي را داشته باشيم كه چيزي را پيدا كنيم كه در اين تعاريف فعلي قرار نگيرد.

 اگر ما از دانش فعلي خود به دنبال يافتن حيات فرازميني يا بيگانگان باشيم، مطمئناً با نتايج سردرگم كننده‌اي مواجه خواهيم شد كه در مواردي خاص، توضيحي براي آن‌ها نداريم. به‌عنوان بهترين مثال، ناسا را در انديشه متخصصين بگيريد. اين سازمان فضايي فكر مي‌كرد وقتي كه توانست با موفقيت كاوشگر وايكينگ ۱ را در سال ۱۹۷۶ روي مريخ فرود آورد، مي‌تواند تعريف مناسبي از حيات ارائه دهد. وايكينگ ۱ به سه ابزار دقيق مجهز شده بود كه به آزمايش كنندگان حيات مشهور بودند. در يكي از آزمايش‌ها، به شكلي كاملاً تصادفي، نتايج آزمايش‌ها نشان دادند كه در مريخ حيات وجود دارد.

در يكي از آزمايش‌ها، وايكينگ ۱ با استفاده از ابزارهاي علمي از خاك سطح مريخ نمونه‌برداري كرد و سپس اين خاك نمونه‌‌برداري شده را با قطرات آب حاوي مواد مغذي و كربن تركيب كرد. اگر ميكروبي در آن خاك وجود داشت، بايد اين مواد مغذي و كربن را مصرف مي‌كرد و سپس كربن دي‌اكسيد يا متان را آزاد مي‌كرد. پس از انجام آزمايش، نتايج حيرت‌انگيز بودند و دقيقاً همين فرآيند سوخت و ساز رخ داد و همين از نشانه‌هاي وجود حيات ميكروبي بود؛ ميكروب‌هايي كه زنده هستند و تنفس مي‌كنند. در واقع، آن كربن دي‌اكسيد مشاهده شده در آزمايش، نشانه‌ي حيات نبود؛ زيرا امروزه ما چنين پديده‌اي را به واكنش‌هاي شيميايي اكسيداتيو غير زنده نسبت مي‌دهيم و همين نشان مي‌دهد كه وايكينگ ۱ توسط خاصيت غير بيولوژيكي خاك مريخ دچار انحراف شده و يك نتيجه‌ي مثبت كاذب را به‌دست آورده است.

چارلز كاكِل مي‌گويد:

مردم به ما مي‌گويند ما بر اساس كربن ساخته شده‌ايم؛ اما ممكن است كه بيگانه‌ها سيليسيم محور باشند و از اين عنصر يا هر عنصر ديگري ساخته شده باشند.

در سال ۲۰۱۰، يك باكتري خاص كشف شد كه در DNA آن به جاي فسفرهاي استاندارد، آرسنيك وجود داشت و همين باعث شد بسياري از اختر زيست‌شناسان هيجان‌زده شوند. با وجود اين‌كه اين كشف نيز پرسش‌هاي بسياري را برانگيخت؛ اما بسياري نيز اميدوار بودند كه چنين اكتشافاتي بتوانند نشان دهند كه حيات از قوانين ثابت و تغيير ناپذيري پيروي نمي‌كند. مادامي كه اين دانشمندان روي اين مولكول‌ها و ساختار آن‌ها مباحثه مي‌كردند، دسته‌اي ديگر از دانشمندان روي گونه‌اي از حيات كار مي‌كردند كه به هيچ عنوان بر پايه‌ي شيمي نيست.

روزگاري تنها مي‌شد آن را در فيلم‌هاي علمي-تخيلي مشاهده كرد؛ اما حيات مصنوعي اين روزها به يكي از شاخه‌هاي علم تبديل شده است و ما مي‌توانيم آن‌ را ببينيم و يا ايجاد كنيم.

در يك سو، حيات مصنوعي مي‌تواند به زيست‌شناسان اين امكان را بدهد كه در آزمايشگاه‌ها با تركيب دو يا چند گونه‌ي حيات، ارگانيسم‌هاي زنده‌ي جديد و پيچيده‌تري را خلق كنند يا اين‌كه آن‌ها را ساده‌تر از قبل كنند. در دهه‌ي ۹۰ ميلادي، يك بوم‌شناس به نام دكتر توماس ري، نرم‌افزار رايانه‌اي تيِرا (Tierra) را منتشر كرد كه به‌عنوان نخستين‌ شبيه‌ساز حيات مصنوعي در سطح جهان مطرح شد. تيِرا مي‌توانست تركيب و تكامل گونه‌هاي حيات را به‌صورت ديجيتالي نشان دهد. از آن زمان به بعد، پژوهشگران سعي كردن نرم‌افزارهايي ايجاد كنند كه مي‌توانند واقعاً حيات را شبيه‌سازي كنند. حتي اكنون گروه‌هايي از دانشمندان در سرتاسر جهان سعي مي‌كنند ربات‌هايي بسازند كه ويژگي‌هاي موجودات زنده را دارند و به گونه‌اي خاص از حيات تبديل مي‌شوند.

مارك بداو، متخصص كارشناس حيات مصنوعي از كالج ريد در پورتلند، اورِگان مي‌گويد:

ايده و هدف اصلي حيات مصنوعي اين است كه ما خواص اساسي نه فقط سامانه‌هاي زنده‌ي روي زمين؛ بلكه تمام سامانه‌هاي زنده در سرتاسر جهان را درك كنيم. اين شاخه از علم، سعي دارد انديشه متخصصينات گسترده‌تري را از چگونگي حيات و ماهيت آن به ما ارائه دهد و اين در حالي است كه علم زيست‌شناسي، روي گونه‌هاي واقعي كه مطمئناً همه‌ي ما با آن‌ها آشنايي نسبي داريم، تمركز دارد.

البته بايد به اين موضوع نيز اشاره كرد كه تمام پژوهشگراني كه در زمينه‌ي حيات مصنوعي مشغول كار هستند،‌ از آن‌چه ما در مورد حيات زميني مي‌دانيم استفاده مي‌كنند و پژوهش‌هاي خود را بر اساس آن‌ها انجام مي‌دهند. مارك بداو مي‌گويد كه پژوهشگران از يك مدل خاص به نام «مدل PMC» استفاده مي‌كنند تا پژوهش‌هاي خود را انجام دهند. مدل PMC متشكل از يك برنامه (به‌عنوان مثال DNA)، يك متابوليسم و يك كانتينر (مانند ديواره‌ي سلول) است. وي در اين خصوص مي‌گويد:

البته بايد بدانيد كه مدل PMC يك تعريف عمومي از حيات نيست؛ بلكه صرفاً يك تعريف از حداقل حيات شيميايي است.

پژوهشگران حيات مصنوعي كه قصد دارند روي گونه‌هاي غيرشيميايي حيات مطالعاتي را انجام دهند، وظيفه دارند كه ابتدا يك نسخه‌ي نرم‌افزاري يا سخت‌افزاري از اين اجزاي PMC ايجاد كنند.

اِستين راسموسن از دانشگاه جنوب دانمارك، يكي از دانشمنداني است كه روي ساخت حيات مصنوعي كار مي‌كند و انديشه متخصصين خود را در مورد تعريف حيات، اين‌گونه بيان كرده است:

من فكر نمي‌كنم كه در حال حاضر تعريف دقيق و قابل فهمي از حيات وجود داشته باشد؛ اما ما به چيزي نياز داريم كه بتوانيم روي آن كار كنيم و آن را هدف خود قرار دهيم.

در سرتاسر جهان، گروه‌هايي هستند كه روي تك‌تك اجزاي مدل PMC كار كرده‌اند و توانسته‌اند سامانه‌هايي را خلق كنند كه اين مدل و جنبه‌هاي ديگر آن را به خوبي نشان مي‌دهند؛ اما با وجود اين، تاكنون كسي نتوانسته است تمام اجزاي مدل را كنار يكديگر بگذارد و يك گونه‌ي حيات پيچيده را شبيه‌سازي كند. اِستين راسموسن نيز مي‌گويد كه اين يك فرآيند كلي نيست و بايد گام به گام ايجاد شود.

پژوهش‌هاي حيات مصنوعي مي‌توانند در مقياس‌هاي بسيار وسيع انجام شوند و شايد در نهايت بتوانند گونه‌اي از حيات را ايجاد كنند كه كاملاً با انتظارات ما بيگانه باشد. چنين پژوهش‌هايي مي‌توانند در بازنگري آن‌چه زندگي به ما آموخته، كمك كنند؛ اما پژوهشگران هنوز به اين سطح نرسيده‌اند.

اگر چه هنوز جستجوهايي كه به دنبال يافتن و ساختن گونه‌هاي جديد زندگي هستند، به تعريفي واحد نرسيده‌اند؛ اما آيا ممكن است روزي دانشمندان انديشه متخصصين خود را تغيير داده و از ارائه‌ي تعريفي واحد دست بردارند؟ كارول كلِلند، فيلسوفي از دانشگاه كلرادو بولدر اين‌گونه فكر مي‌كند؛ حداقل براي زمان حال. وي مي‌گويد:

فرض مي‌كنيم مي‌خواهيد با استفاده از گورخر، چيزي را به تمام پستانداران تعميم دهيد؛ در اين صورت شما كدام يك از ويژگي‌هاي گورخر را انتخاب مي‌كنيد؟ اگر مي‌گوييد غدد چربي بيرون زده از بدن كه با نام پستان شناخته مي‌شوند را براي تعميم به كل پستانداران انتخاب مي‌كنيد، سخت در اشتباه هستيد و نمي‌توانيد اين كار را انجام دهيد؛ زيرا تنها نيمي از پستانداران در واقع پستان دارند. خطوط سياه و سفيد روي بدن، يكي از ويژگي‌هاي بارز گورخرها است. اگر آن‌ها را انتخاب مي‌كنيد، باز هم اشتباه كرده‌ايد؛ زيرا اين هم صرفاً يك تصادف بوده و اين ويژگي باعث نشده كه گورخر يك پستاندار شود.

حيات نيز اين‌گونه است. شايد چيزهايي كه ما فكر مي‌كنيم ضروري هستند، صرفاً مخصوص حيات زميني باشند و خارج از زمين بي‌معني و غيرضروري باشند. به‌طور كلي، همه چيز از باكتري‌ها گرفته تا شيرها، از يك جد مشترك مشتق شده‌اند. اين يعني در نمودار حيات در كيهان كه ما در اختيار داريم، تنها يك نقطه‌ي داده وجود دارد و اطلاعات ديگري در دسترس نيست. آيا با داشتن يك نقطه مي‌توان نموداري كلي را ترسيم كرد؟ حتي براي ترسيم خط نيز به دو نقطه نياز است.

كارل سيگن در اين خصوص گفته است:

انسان تمايل دارد تا چيزهاي آشنا را تعريف كند؛ اما ممكن است كه حقيقت اصلي، كاملاً براي انسان ناآشنا باشد.

تا زماني كه ما گونه‌هاي ديگر حيات را كشف و مطالعه نكرده‌ايم، نمي‌توانيم دقيقاً بگوييم كه كدام ويژگي‌ها براي حيات، اساسي و كاملاً ضروري هستند. ايجاد حيات مصنوعي مي‌تواند راهي را براي كاوش گونه‌هاي مختلف حيات ايجاد كند؛ اما از همين الآن كاملاً واضح است هر گونه‌اي از حيات كه در كامپيوتر ايجاد شود، تحت تأثير پيشگويي‌هاي ما در مورد سامانه‌هاي زنده خواهد بود و نتايج گمراه كننده‌اي به همراه دارد.

كارول كلِلند بر اين باور است كه هرگونه تلاش دانشمندان براي يافتن مفهوم حيات، واقعاً مي‌تواند يافتن حيات فرازميني را دشوارتر كند. وي توصيه مي‌كند كه ما بايد از مفاهيمي كه براي خود تعريف كرده‌ايم دوري كنيم؛ در اين صورت است كه مي‌توانيم با ذهني آزاد به جستجوي حياتي كه نمي‌شناسيم بپردازيم.